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钢中硅含量和氧化温度对尺度生长和形貌的影响

点击次数:2454  发布时间:2018-06-25

Amine Alaoui Mouayd等人:钢中硅含量和氧化温度对尺度生长和形貌的影响

【引言】

钢在加热过程中,其表层的铁与炉气中氧化性气体O2CO2H2OSO2等接触发生化学反应并生成氧化铁皮,这个反应叫钢的氧化。根据氧化程度的不同,生成几种不同的铁的氧化物—FeOFe3O4Fe2O3。影响氧化的因素有:加热温度、加热时间、炉气成分、钢的成分,这些因素中炉气成分、加热温度、钢的成分对氧化速度有较大的影响。

【成果介绍】

Amine Alaoui Mouayd等人研究了钢中高硅含量、1.6wt.% Si3.2wt.% Si和高氧化温度(850-1200℃)对尺度生长速率和形态的影响。钢在15%潮湿的空气中被氧化,具有较短的等温氧化时间(15分钟)。使用linseis的热重分析仪(TGA)做氧化试验,非合金钢的尺度增长率随时间呈抛物线规律,是铁扩散控制的氧化。硅的存在通过在刻度/金属界面上形成SiO2阻挡层而延迟生长,这种效应对于含3.2wt.% Si的钢更为重要,并且导致不连续的尺度。硅氧化物在规模/金属界面上富集,其形貌取决于氧化温度。对于低于950℃的温度,形成二氧化硅。在950℃和1150℃之间,铁橄榄石(Fe2SiO4)晶粒出现在钨/铁基体附近的尺度/金属界面。对于高于1177℃的温度,形成铁橄榄石-方铁矿共晶;这种熔融相有利于铁扩散,导致高尺度生长。冷却后,在尺度/钢界面上获得了具有小方铁矿晶粒的连续铁橄榄石层。

【图文导读】

115%℃潮湿空气中Si00900-1200℃氧化过程中的质量增加。

2:(a)在15%℃潮湿空气中Si16在温度为900-1200℃氧化过程中的质量增加。(b)放大Si16在钝化期时的质量增加。

3:(a)在15%℃潮湿空气中Si32在温度为900-1200℃氧化过程中的质量增加。(b)放大温度小等于1100℃的区域。

 

4Si含量和温度在15%湿气中氧化15分钟后终质量变化的影响。

5:(a)在15%℃潮湿空气中850℃氧化15分钟后Si00的断面SEM显微照片,(b)其表面相的拉曼光谱:赤铁矿外表面、磁铁矿层和方铁矿层。

6:(aSi1615%℃潮湿空气中1100℃下氧化15分钟的铁橄榄石-方铁矿层截面的SEM显微照片。(b)在方铁矿中铁橄榄石颗粒的拉曼光谱。

7:(aSiO215%℃潮湿空气中1200℃氧化1分钟时的截面SEM显微照片。(b)具有方铁矿小晶粒的铁橄榄石层的拉曼光谱。

8Si3215%℃潮湿空气中在1100℃氧化15分钟的断面SEM显微照片。

9Si3215%℃空气中1100℃氧化2分钟后样品表面的XPS分析:(a45°测量,(bO 1S和(cSi 2P的高分辨率XPS光谱。

10SiO2样品表面在15%1100℃氧化2分钟后:(a)俄歇谱的SEM显微照片,(b)在表面光滑区域中执行微分模式,(c)在氧化铁区域中执行微分模式。

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